Sistemas de Protensão em Estruturas de Concreto

SISTEMAS DE PROTENSÃO PROFª MA ANDRÉIA F TORMEN ANDREIATORMENUCEFFEDUBR ESTRUTURAS DE CA III Sumário Níveis de protensão Tipos de protensão Concreto Protendido Nível 1 Protensão Parcial Concreto Protendido Nível 2 Protensão Limitada Concreto Protendido Nível 3 Protensão Completa Classificação do Concreto Protendido Concreto Protendido com aderência inicial Concreto Protendido sem aderência Concreto Protendido com aderência posterior Níveis de protensão Os níveis de protensão estão relacionados com os níveis de intensidade da força de protensão que por sua vez é função da proporção de armadura ativa utilizada em relação à armadura passiva Nível 1 Protensão Parcial Nível 2 Protensão Limitada Nível 3 Protensão Completa A escolha se dá em função da Agressividade do meio ambiente Limites para a sua utilização ELS Níveis de protensão Nível 1 Não Agressivo Protensão Parcial Interior de edifícios com baixa UR e estruturas protegidas Nível 2 Pouco Agressivo Protensão Limitada Interior de edifícios com alta UR exposição à intempéries água corrente Nível 3 Muito Agressivo Protensão Completa Ambientes marinhos contato com o solo ou gases agressivos Agressividade do meio ambiente Níveis de protensão Estado limite de utilização ELS ELSD Estado Limite de Descompressão sct 0 Um ou mais pontos da seção transversal a tensão normal é nula não havendo tração no restante da seção ELSF Estado Limite de Formação de Fissuras sct fctm Se inicia a formação de fissuras ELSW Estado Limite de Abertura de Fissuras sct fctm Fissuras se apresentam com aberturas iguais aos máximos especificados Combinações de Carregamento ELS CR rara Fd Fgk Fpk Fq1k 07 SFqik Fcccste CF frequente Fd Fgk Fpk gq1Fq1k 04 SFqik Fcccste CQP quasepermanente Fd Fgk Fpk 04 SFqik Fcccste Tabela 134 ABNT NBR 61182014 Exigências de durabilidade relacionadas à fissuração e à proteção da armadura em função das classes de agressividade ambiental Tipos de protensão Para para protensão com armadura ativa prétracionada na classe de agressividade I e póstracionada nas classes de agressividade I e II Ocorre na seguinte condição CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 1 PROTENSÃO PARCIAL Para as combinações frequentes de ações previstas no projeto é respeitado o limite de abertura de fissuras com abertura não superior a 020 mm ou seja quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas frequentes A protensão parcial é similar a protensão limitada porém admite tensões maiores de tração em serviço e formação de fissuras de maior abertura não maiores que 02 mm Consome menos aço de protensão porém como admite fissuração exige armadura passiva suplementar Tipos de protensão Previsto para para protensão com armadura ativa prétracionada na classe de agressividade II e póstracionada nas classes de agressividade III e IV Ocorre quando se verificam as duas condições seguintes CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 2 PROTENSÃO LIMITADA 1 para as combinações quase permanentes de ações previstas no projeto é respeitado o limite de descompressão ou seja quando atuarem a carga permanente e parte das sobrecargas não se admite tração no concreto 2 para as combinações frequentes de ações quando previstas no projeto é respeitado o estado limite de formação de fissuras ou seja quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas frequentes A protensão limitada por admitir tensões moderadas de tração em serviço exige a colocação de armadura passiva adicional no dimensionamento à ruptura e no controle da fissuração Esta combinação de armadura ativa e passiva permite soluções equilibradas e mais econômicas já que o aço de protensão é mais caro que o aço convencional É comumente empregada em elementos estruturais tais como pontes passarelas etc Tipos de protensão Previsto para para protensão com armadura ativa prétracionada nas classes de agressividade III e IV Ocorre quando se verificam as duas condições seguintes CONCRETO PROTENDIDO NÍVEL 3 PROTENSÃO COMPLETA 1 para as combinações frequentes de ações previstas no projeto é respeitado o limite de descompressão ou seja quando atuarem a carga permanente e as sobrecargas frequentes não se admite tração no concreto 2 para as combinações raras de ações quando previstas no projeto é respeitado o estado limite de formação de fissuras Proporciona as melhores condições de proteção das armaduras contra a corrosão e se aplica nos casos de obras em meios muito agressivos ou situações de fissuração exagerada tais como tirantes de concreto protendido reservatórios protendidos para garantia de estanqueidade vigas formadas por peças prémoldadas justapostas sem armaduras suplementares etc Não existe limitação técnica no uso da protensão completa apenas restrições de ordem econômica Classificação do CP CP com aderência inicial CP sem aderência CP com aderência posterior Distensão da armadura de protensão Prof Mônica Pinto Barbosa UNESP 1ª fase Passagem e posicionamento dos cabos e fios ancoradas nas extremidades cabeceiras da pista de protensão As armaduras ativas são tensionadasesticadas no vazio antes da concretagem da peça com o auxílio de macacos hidráulicos que reagem contra as cabeceiras Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Ancoragem das armaduras fios e cordoalhas nos apoios deve ser realizada através de cunhas e porta cunhas Os apoios devem ser rígidos e indeslocáveis As armaduras ativas são posicionadas conforme descrito em projeto com suas determinações previamentes confeccionas pentes de protensão Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Sequência de execução Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Sequência de execução Concretagem da peça na pista de protensão Prof Mônica Pinto Barbosa UNESP 2ª fase As peças são concretadas na pista de protensão Deslizamento do carro skip lançando e vibrando o concreto que entra em contato com a armadura Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Corte da armadura de protensão da peça Prof Mônica Pinto Barbosa UNESP 3ª fase Corte da armadura de protensão Retirada do sistema provisório de ancoragem Após o endurecimento do concreto e o alcance da resistência necessária de projeto cortamse as cordoalhas retirada da ancoragem desprotensão e posteriormente o saque das peças A força de protensão é transmitida à peça por aderência Em função da aderência entre o concreto e a armadura ativa inexistência de bainhas a peça tornase protendida Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Após desprotensão é possível executar os cortes das peças elementos ao longo da pista através de uma serra especial Em uma pista podese obter variados comprimentos de peças Campos de aplicação Lajes alveolares Vigotas para lajes prémoldadas Vigas para tabuleiros de pontes e viadutos Passarelas para pedestres Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Pista de protensão para vigotas Prof Mônica P Barbosa UNESP Corte das vigotas e aplicação da protensão Prof Mônica P Barbosa UNESP Vantagens Garantia total da aderência cordoalhaconcreto Dispensa de bainhas ancoragens e injeção Não há perda por atrito Desvantagens Necessidade de armaduras retilíneas sem curvaturas e mudanças de direção Processo utilizado apenas em peças biapoiadas Protensão excessiva nas regiões próximas ao apoio Uso de tubos isoladores envolvendo as cordoalhas Normalmente isolamse 13 das cordoalhas próximas à região do apoio Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado A indústria de préfabricação para pontes Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado O projeto das vigas préfabricadas Comprimento máximo de 25 m limite para tráfego nas rodovias sem a necessidade de presença de batedores Atividades no local da obra Execução das fundações pilares montagem e ligação das peças Alguns casos Pilares e fundações préfabricados Vista aérea da pista de fabricação das vigas Prof Sergio Marques UFF A indústria de préfabricação para pontes Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Otimização do processo de préfabricação Padronização de perfis de vigas Reaproveitamento das fôrmas e uniformização das armações Comprimento das vigas Grande flexibilidade até 25 m Tipos de perfis de vigas Cada fábrica possui um certo número que atende a uma faixa de variação de vão Pista de produção de vigas prétensionadas A indústria de préfabricação para pontes Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado As pistas de fabricação Com 125 m de comprimento 5 vigas de 25 m Nas extremidades Estruturas de ancoragem metálicas para fixação das cordoalhas Lateralmente à pista Dispositivos de fixação das fôrmas que permitem a abertura e fechamento das mesmas Servidas por ponte rolante Deslocamento e troca das formas concretagem e deslocamento das vigas após a implantação da protensão Cada pista deve produzir um vão de ponte rodoviária por semana Seção transversal típica de ponte rodoviária com até 1080 m de largura requer cinco vigas para a sua estruturação Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Classificação do CP Concreto com Aderência Inicial PréTracionado Classificação do CP CP com aderência inicial CP com aderência posterior CP sem aderência Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Montagem das armaduras de viga protendida com póstensão Prof Mônica P Barbosa UNESP 1ª fase Montagem das formas e armação Montagem das armaduras passivas longitudinal e transversal e fixação das bainhas metálicas nos estribos com os cabos previamente posicionados no seu interior ou com enfiação posterior dependendo do traçado e da extensão do cabo seguindo a curvatura de projeto Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado 2ª fase Concretagem Lançamento do concreto neste ponto o concreto adere somente a bainha não tendo contado direto com a cordoalha Concretagem de viga protendida Prof Mônica P Barbosa UNESP Detalhe da cabeça da viga Prof Mônica P Barbosa UNESP Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado 3ª fase Protensão e ancoragem Após o concreto atingir a resistência definida em projeto fazse o apoio do equipamento na face do concreto e posterior ancoragem das cordoalhas idem sistema prétração Posicionamento do macaco hidráulico Execução da protensão 0 Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado 4ª fase Injeção da nata de cimento Injeção da nata de cimento nas bainhas através da bomba de pressão até a saída de nata pelo purgador A injeção além de restabelecer a aderência açoconcreto assegura que não existam deformações relativas entre os materiais e garante a proteção do aço contra a corrosão Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado TUBO PARA INJEÇÃO DA NATA Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado 5ª fase Acabamento final Acabamento das extremidades dos cabos Proteção do sistema de ancoragem Retirada do escoramento Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Operação da protensão Dispositivos de ancoragem Dispositivo de ancoragem ativa por cunha Dispositivo de ancoragem passiva em laço Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Classificação do CP Concreto com Aderência Posterior PósTracionado Vantagem Permite traçados curvilíneos dos cabos e a execução de peças contínuas de vários vãos Desvantagens Necessidade de injeção de nata de cimento no interior das bainhas com auxílio de bombas injetoras Uso de dispositivos especiais de ancoragem Placas de ancoragem com cunhas metálicas Porcas especiais grandes blocos de ancoragem etc Classificação do CP CP com aderência inicial CP com aderência posterior CP sem aderência Sequência de execução Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Montagem das fôrmas e armaduras Lançamento do concreto não há aderência entre concreto e cordoalha Protensão da peça após o concreto atingir a resistência de projeto Ancoragem das armaduras ativas OBS Neste sistema qualquer problema de ancoragem ou ruptura da armadura ativa o efeito de protensão desaparece por completo Esquema dos cordoalhas engraxadas Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Cordoalha engraxada Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Partes da cordoalha engraxada Dispositivo de ancoragem Ancoragem Ativa Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Características Nesse sistema não há injeção de nata de cimento ficando o aço ancorado apenas nas extremidades Quando utilizadas bainhas metálicas é feita a injeção de graxa para proteção do aço contra corrosão Em larga escala atualmente empregase a cordoalha engraxada envolta em bainha plástica de polietileno de alta densidade PEAD Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado A protensão sem aderência pode ser Interna protensão interna Lajes planas de edifícios comerciais e residenciais Pisos industriais e aeroportuários Fundações em radier Externa protensão externa Comum em reforços de estruturas Sistemas construtivos modernos Características Macaco de protensão de fácil manuseio Cordoalhas engraxadas não aderentes envolvidas por graxa inibidora de corrosão e bainha plástica Não há injeção de nata após a protensão Nichos com fôrmas plásticas padronizadas e descartáveis Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Protensão Interna Vantagens Possibilidade de grandes vãos com grande esbeltez de laje permitindo maior liberdade arquitetônica Maior área útil por pavimento e melhor aproveitamento do espaço devido à redução do número de pilares Economia na estrutura para vãos superiores a 70 m Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Protensão Interna Vantagens Menor espessura média dos pavimentos acarretando menor altura nos edifícios e menor carga nas fundações Fôrmas simples e baratas Maior rapidez na desforma e retirada de escoramentos Redução e eventual eliminação de flechas e fissuração nas lajes Flexibilidade na distribuição de dutos e outras instalações sob as lajes Aumento da durabilidade da estrutura Estacionamento do Park Shopping Barigui CuritibaPR Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Protensão Interna Sistema multicordoalhas Constituído por um conjunto de cordoalhas engraxadas e plastificadas reunidas dentro de um tubo plástico bainha em cujo interior é injetada pasta de cimento para manter as posições relativas das cordoalhas Separadas pela pasta de cimento endurecida as cordoalhas engraxadas e plastificadas possuem bainhas individuais e por isso movimentamse livremente dentro delas sendo tracionadas conjuntamente por um mesmo macaco multicordoalha O sistema permite que os cabos sejam concebidos para serem eventualmente substituídos Trajetória dos cabos de protensão no interior de viga caixão Prof Mônica UNESP A manutenção das posições garante que uma cordoalha não prenda a outra durante a operação de protensão situação possível porque esse grande cabo externo segue uma trajetória irregular e ao atravessar vigas transversais apresenta pontos angulosos Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Protensão Externa Principal Aplicação Costura de fendas em vigas Inibição das deformações Aumento da capacidade de carga Alívio de esforços em pilares intermediários Utilização da protensão externa sem aderência para reforço de pontes Classificação do CP Concreto sem Aderência PósTracionado Protensão Externa Quanto à aderência Quanto à concretagem Característica Aderência inicial Prétração Cabos retos préfabricação Aderência posterior Póstração Cabos curvos moldada no local prémoldagem Sem aderência Póstração Cabos curvos moldada no local e unidades individuais Classificação do CP Comparativo entre os Tipos de Protensão Principais características Protensão COM aderência O aço de protensão pode ser considerado no cálculo do estado limite último pois está solidarizado com o concreto Isso permite REDUÇÃO expressiva na quantidade de armadura passiva necessária à estrutura A aderência possibilita a execução de eventuais furos e colocação de chumbadores nas peças concretadas após a devida aprovação do projetista a este respeito A injeção de nata de cimento oferece MAIOR proteção ao cabo contra a corrosão As cordoalhas podem ser colocadas nas bainhas ANTES ou DEPOIS da concretagem Isso permite que elementos préfabricados sejam unidos por meio da protensão A estrutura com protensão aderente apresenta MAIOR capacidade de resistência ao fogo em caso de incêndio O sistema apresenta VARIADA GAMA de ancoragens passivas ativas intermediárias e de emenda tanto para cordoalhas de 127mm quanto de 152mm Protensão COM aderência As cordoalhas mais utilizadas neste sistema são compostas de SETE FIOS e têm diâmetro de 127 mm ou 152 mm São produzidas sempre na condição de relaxação baixa e fabricadas com seis fios de mesmo diâmetro nominal encordoados em torno de um fio central de diâmetro ligeiramente maior do que os demais As cordoalhas usadas no sistema de protensão não aderente são as mesmas utilizadas no sistema aderente compostas de sete fios e com diâmetro de 127 mm ou 152 mm Principais características Protensão SEM aderência O coeficiente de atrito entre cabo e bainha é MENOR que no sistema aderente possibilitando perdas menores e maior tensão restante na cordoalha As cordoalhas podem ser instaladas uma a uma ou em feixes São protendidas e ancoradas individualmente As cordoalhas recebem proteção anticorrosiva de fábrica Porém as ancoragens convencionais NÃO recebem proteção anticorrosiva o que REDUZ a segurança do sistema Por isso a protensão sem aderência a princípio NÃO é recomendada para ambientes agressivos Eventuais falhas nas ancoragens significam desativação instantânea do cabo e de sua colaboração na estrutura A execução de furos ou chumbamentos nas peças concretadas deve ser EVITADA sob pena de machucar ou romper a cordoalha e provocar consequente perda total da protensão no cabo A ausência de nata de cimento ao redor das cordoalhas DIMINUI sua proteção contra o fogo em caso de incêndio Cabos engraxados possibilitam MAIORES excentricidades em sua disposição